某大跨鋼結(jié)構(gòu)管桁架工程施工技術(shù)研究

黃 偉 白 海 王 虎

(中冶(上海)鋼結(jié)構(gòu)科技有限公司，上海 200941)

1 工程概況

重慶融創(chuàng)茂項目主體結(jié)構(gòu)由水樂園、海洋樂園、娛雪樂園、商業(yè)街四部分組成，其中水樂園、海洋樂園、娛雪樂園周邊支撐為混凝土柱，屋蓋為鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式均為三角形鋼管立體桁架結(jié)構(gòu)，其中娛雪樂園由19榀主桁架及連系桁架組成，平面尺寸為139.8 m×188.3 m,其中主桁架最大跨度80.3 m，桁架最大矢高9 m，桁架最大寬度為7.2 m，管桁架最大管徑規(guī)格為1 067 mm×50 mm，材質(zhì)均為Q345B，娛雪樂園建筑最高點約40 m，最低點約28 m，單向找坡。主桁架最重一榀重量為240 t，單鉤最大起吊重量為90 t(見圖1～圖3)。

2 工程技術(shù)特點

2.1 結(jié)構(gòu)形式

娛雪樂園屋蓋鋼結(jié)構(gòu)由懸臂柱、主桁架、次桁架、邊桁架及檁條組成。主桁架結(jié)構(gòu)為三角形鋼管立體桁架結(jié)構(gòu)，由兩根上弦桿、一根下弦桿及腹桿組成，主桁架兩端與混凝土支撐柱通過鉸接支座連接，次桁架、邊桁架與主桁架為相貫剛接連接，屋面檁條與主次桁架通過高強螺栓與設(shè)置在桁架上弦桿上的檁托支座鉸接連接。

2.2 節(jié)點形式

娛雪樂園屋蓋鋼結(jié)構(gòu)主要節(jié)點包括管桁架的相貫節(jié)點、管桁架支座節(jié)點、屋面維護系統(tǒng)節(jié)點、吊掛系統(tǒng)節(jié)點等，其中管桁架相貫節(jié)點分為鑄鋼節(jié)點、KK型相貫節(jié)點、多管相貫節(jié)點等；管桁架支座節(jié)點包括鑄鋼鉸接支座、鑄鋼節(jié)點、多管交匯節(jié)點等；屋面維護系統(tǒng)節(jié)點主要為高強螺栓鉸接節(jié)點；吊掛系統(tǒng)節(jié)點主要為高強螺栓法蘭連接節(jié)點(見圖4)。

3 施工工藝

3.1 整體施工部署

娛雪樂園根據(jù)場地條件和結(jié)構(gòu)布置，劃分為兩個施工區(qū)域，XY-1區(qū)域和XY-2區(qū)域，按照南北向和東西向的順序進行安裝，采用500 t履帶吊塔式工況進行吊裝作業(yè)。共分為地面分段拼裝、臨時支撐胎架設(shè)置、高空分段吊裝、整體卸載四個步驟(見圖5)。

3.2 地面拼裝工藝

本工程的主要結(jié)構(gòu)類型為空間管桁架，桁架尺寸較大(最高9 m,寬6 m)，不具備工廠拼裝再運輸?shù)臈l件，根據(jù)以往類似工程的經(jīng)驗，考慮散件(腹桿不分段、上下弦桿分段)進場，再在現(xiàn)場進行拼裝的施工方案，拼裝采取正拼的方式(見圖6，圖7)。

3.3 臨時支撐胎架布置

根據(jù)吊裝單元的分段，以及主次桁架的關(guān)系，共設(shè)置27個支撐胎架，支撐胎架支撐于桁架的兩個上弦桿件上(見圖8，圖9)。

3.4 分段吊裝工藝

娛雪樂園的桁架根據(jù)桁架的跨度重量以及結(jié)構(gòu)形式，共分為34榀吊裝單元，共分為三種吊裝結(jié)構(gòu)形式，分別為邊桁架與主桁架組合單元、主桁架單元和次桁架單元。采用500 t履帶吊進行吊裝作業(yè)，履帶吊工況為42 m主臂+24 m副臂的塔式工況，典型構(gòu)件吊裝工況分析表參見表1，吊裝圖見圖10～圖12。

表1 娛雪樂園典型吊裝單位吊裝工況分析表

娛雪樂園的桁架吊裝單元吊裝均采用四點吊裝的方式，吊點設(shè)置在桁架上弦桿節(jié)點位置，采用鋼絲繩捆綁的方式，驗收吊裝過程中的桿件應(yīng)力和結(jié)構(gòu)變形，吊裝分析參見圖13,圖14。

3.5 整體卸載工藝

娛雪樂園的桁架全部吊裝就位后，在完成圍護結(jié)構(gòu)的安裝后，進行整體卸載，卸載點共為27個點，采用分級卸載的方式，在標準組合作用下結(jié)構(gòu)最大變形為41.73 mm<60 893/400=152 mm，滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[1]的要求(見圖15，圖16)。在基本組合作用下卸載前桿件最大應(yīng)力均小于99.91 MPa<310 MPa，卸載后桿件最大應(yīng)力均小于134.92 MPa<310 MPa，均滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[1]的要求(見圖17，圖18)。

4 結(jié)語

近年來隨著建筑業(yè)鋼結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展，大跨大空間型結(jié)構(gòu)得到越來越多的應(yīng)用，在工程上也積累了豐富的經(jīng)驗，通過本次大跨空間管桁架的吊裝施工實踐，空間管桁架的吊裝質(zhì)量滿足《鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗收規(guī)范》[2]的要求，但是也遇到了一些在管桁架設(shè)計和施工中一直存在的問題需要我們不斷的探索解決，主要為以下幾方面：

1)管桁架節(jié)點問題，比如相貫節(jié)點隱蔽焊縫問題，變管徑邊壁厚對接節(jié)點問題；

2)復雜空間鑄鋼節(jié)點的空間定位安裝精度問題；

3)設(shè)計與施工可操作性的匹配問題[3,4]；

4)火焰校正的殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)安全影響問題等。